电力系统继电保护

本教材是在 《普通高等教育 “十五”国家级规划教材 电力系统继电保护 》 《普通高等教育 “十一五”国家级规划教材 电力系统继电保护 (第二版)》两本书的基础上增补、修改的。
本教材最Z早的版本曾列入了1995年原电力工业部电力工程类教学指导委员会的第四轮教材 “重编”计划,1996年编写出大纲,并经当时的继电保护教学指导小组讨论修改,后因电力工业部撤销,原教学指导委员会随之停止活动,教材编写中断。故 《普通高等教育“十五”国家级规划教材 电力系统继电保护》《普通高等教育 “十一五”国家级规划教材 电力系统继电保护 (第二版)》继承了1996年编写大纲的合理部分,吸取了 《电力系统继电保护原理》(天津大学贺家李教授等主编)前三版的教学经验,结合20世纪初继电保护的原理发展和数字式保护工业现场的实际应用情况编写而成,出版后被200多所院校选为继电保护课程教材。
随着智能控制技术、信息技术的日新月异,继电保护新技术不断引入,电力系统继电保护教材的内容应有更多新技术、新理论和新设备的介绍,且考虑到不同特色、不同层次院校的教学要求和教材需求,本教材编写组每年召开一次编写小组会议,吸纳教材使用中的反馈意见,其中2次邀请继电保护的运行管理、保护设备研发生产方面的专家,对目前继电保护的现场使用和运行情况进行交流。本教材编写组对以上多方面意见汇总、集思广益,完成了教材的编写。
本教材采用多所高校联合编写模式,试图编写出符合更多高校教学实际并能与国际教材风格相近的电力系统继电保护课程教材。考虑到电力系统及电力工业的发展需要众多技术的支撑,为使学生清晰了解继电保护与其他相关技术的关系,本教材强调了继电保护的根本任务是保障电力系统安全稳定运行,继电保护原理及继电保护技术随着电力系统的技术进步而发展,在第1章概述中增加了继电保护发展历程。随着目前及今后电力系统构成元件物理特性及控制特性的变化、实时控制设备与系统实现技术手段以及信息技术的发展,继电保护的原理与技术仍然在不断发展中,作为继电保护的入门教科书,本版教材仅讲述目前在电力系统中广泛采用的、非常成熟的继电保护原理与技术,方便各院校在有限的课时内对继电保护的思维方法、分析和解决问题能力等进行训练。
此外本教材还有如下显著特点贯穿始终。
(1)原理叙述的层次渐进化:每种继电保护原理讲解前总是先以故障特征分析开始,寻找不同运行状态间的差异。讲解利用某种差异构成的保护原理,其他的差异留给读者去思考,并挖掘新的可能原理,引导开放式思维。
(2)原理和技术的现代化:随着数字和通信技术的发展,过去曾经广泛使用的电磁型、整流型保护很多已被数字式保护所取代,纵联保护已由电力线载波通信发展到数字光纤通信。本教材主要介绍当前还在使用的继电保护实现技术及其发展变化,原理框图多采用功能框图表述,不局限于某种实现手段。同时编者针对技术手段变化促进了新原理发展的情况,对一些已经应用的继电保护新原理也做了部分介绍。
(3)多学时和少学时的通用化:各高校在教学改革实践中,对继电保护课程的内容深度要求不同,授课学时数不统一。本教材的多数章节在编写中贯彻故障特征分析→基本原理→实现技术→相关知识四个层次。各高校可根据学时数选择讲授相关层次,各取所需。
(4)技术用语的国际化:为提高学生国际交流的能力并顺利阅读国外教材,继电保护的专业技术用语和章节标准化、国际化,并以英文标注。
本教材的第1、2、5章由西安交通大学张保会教授编写,第3、9章由华中科技大学尹项根教授编写,第4、6章由浙江大学何奔腾教授编写,第7、8章由东南大学陆于平教授编写。感谢国电南京自动化股份有限公司对教材编写的大力支持并协助绘制保护配置的相关图纸。
由于水平和精力所限,书中难免有不妥或纰漏之处,恳请读者批评指正。

代替原书《电力系统继电保护（第二版）》5083-9928-7。为使学生高效、清晰地理解继电保护的基本原理、常用技术和分析方法，本书以如下显著特点贯穿始终。(1)原理叙述的层次渐进化：每种继电保护原理讲解前总是先以故障特征分析开始，寻找不同运行状态间的差异。讲解利用某种差异构成的保护原理，其他的差异留给读者去思考和挖掘新的可能原理，引导开放式思维。(2)原理和技术的现代化：随着数字和通信技术的发展，过去曾经广泛使用的电磁型、整流型保护很多已被数字式保护所取代，纵联保护由电力线载波通信已发展到数字光纤通信，主要介绍当前还在使用的继电保护实现技术及其发展变化，教材中的原理框图多以功能框图表述，不局限于某种实现手段。技术手段变化的同时又促进了新原理的发展，一些已经应用的保护新原理也部分地做了介绍。(3)多学时和少学时的通用化：各高校在教学改革实践中，对继电保护课程的内容深度要求不同，授课学时数不统一。本书的多数章节在编写中贯彻故障特征分析→基本原理→实现技术→相关知识四个层次，根据学时数可选讲前几个层次，也可选讲某些章的所有层次，做到各取所需。(4)技术用语的国际化：为提高学生国际交流的能力并顺利阅读国外教材，继电保护的专业技术用语标准化、国际化，并以英文标注。

张保会，男，西安交通大学电气工程学院教授，博士生导师，中国电力教育大学（院）长联席会议名誉主席，曾任中国电力教育协会电气工程及其自动化专业学科教学委员会主任，中国电机工程学会继电保护专业委员会副主任，中国电机工程学会电力系统及其自动化专业委员会委员，陕西省电机工程学会副理事长，中国量度继电器和保护设备标准化委员会委员，《电力系统及其自动化学报》编委会副主任，《西安交通大学学报》《电力系统保护与控制》《电力自动化设备》等杂志编委，IEEE高级会员，中国电机工程学会高级会员。

1 概述 1
1.1 电力系统的正常运行状态、不正常运行状态和故障状态 1
1.2 继电保护的作用、基本原理及其组成 4
1.3 对继电保护的基本要求 10
1.4 继电保护发展简史 13
习题及思考题 15
2 电网的电流保护 17
2.1 单侧电源网络相间短路的电流保护 17
2.2 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护 36
2.3 中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护 47
2.4 中性点非直接接地系统中单相接地故障的保护 55
2.5 电流保护配置举例 67
习题及思考题 70
3 输电线路的距离保护 74
3.1 距离保护的基本概念 74
3.2 距离保护的基本原理和基本电量 76
3.3 距离元件静态特性的阻抗平面分析法 86
3.4 常用的圆和直线特性的阻抗元件 90
3.5 距离保护的整定计算与对距离保护的评价 97
3.6 短路点过渡电阻对距离保护的影响 106
3.7 线路出口短路时距离保护的分析与对策 113
3.8 距离保护的振荡闭锁 123
3.9 故障类型判别和故障选相 137
3.10 工频故障分量距离保护 140
3.11 距离保护特殊问题的分析 145
3.12 距离保护的基本构成与工作流程 156
习题及思考题 163
4 输电线路纵联保护 166
4.1 输电线路纵联保护概述 166
4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换 168
4.3 纵联电流差动保护 174
4.4 方向比较式纵联保护 186
4.5 纵联电流相位差动保护 195
4.6 高压输电线路保护的配置原则和总体逻辑 200
习题及思考题 203
5 输电线路自动重合闸 205
5.1 自动重合闸的作用及对它的基本要求 205
5.2 输电线路的三相一次自动重合闸 208
5.3 高压输电线路的单相自动重合闸 217
5.4 高压输电线路的综合重合闸 223
习题及思考题 223
6 电力变压器保护 225
6.1 电力变压器的故障类型和不正常运行状态 225
6.2 变压器纵差动保护 225
6.3 变压器的励磁涌流及鉴别方法 231
6.4 变压器相间短路的后备保护 238
6.5 变压器接地短路的后备保护 243
6.6 变压器零序电流差动保护 246
6.7 变压器保护配置原则 247
习题及思考题 249
7 发电机保护 251
7.1 发电机的故障、不正常运行状态及其保护方式 251
7.2 发电机定子绕组短路故障的保护 254
7.3 发电机定子绕组单相接地保护 260
7.4 发电机定子负序电流保护 (发电机转子表层过负荷保护) 266
7.5 发电机的失磁故障保护 270
7.6 发电机的失步保护 276
7.7 发电机励磁回路故障保护 277
习题及思考题 281
8 母线保护 282
8.1 母线故障和装设母线保护基本原则 282
8.2 母线差动保护基本原理 286
8.3 母线保护的特殊问题及其对策 292
8.4 断路器失灵保护 296
习题及思考题 300
9 数字式继电保护技术基础 301
9.1 数字式保护装置硬件原理概述 301
9.2 数字式保护的数据采集与数字滤波 308
9.3 数字式保护的特征量算法 317
9.4 数字式保护的基本动作判据的算法 331
9.5 数字式保护装置的软件构成 337
习题及思考题 346
参考文献 349

本书为西安交通大学、华中科技大学、浙江大学和东南大学老师联合编写，在前两本经典继保教材的基础上，立足继电保护入门基础的原则，完善、更新和增添了继电保护发展历史、新技术应用成果、最新工程数据、完整的电气接线图等，更便于教学使用本书为西安交通大学、华中科技大学、浙江大学和东南大学老师联合编写，在前两本经典继保教材的基础上，立足继电保护入门基础的原则，完善、更新和增添了继电保护发展历史、新技术应用成果、最Z新工程数据、完整的电气接线图等，更便于教学使用，并采用双色印刷和数字资源配套，适应线上线下教学要求。，并采用双色印刷和数字资源配套，适应线上线下教学要求。